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1) Introdução
Todas as células funcionam como pilhas elétricas. Podemos comparar as células às pilhas
elétricas porque existe uma diferença de potencial elétrico entre os meios intra e
extracelulares, a qual pode ser modulada pelo estabelecimento de correntes elétricas
através da membrana celular. Os fenômenos de modulação da DDP relativos à fisiologia das
células são fundamentais para funções como contração muscular, processamento de
informações pelos neurônios, transporte de substâncias nos túbulos renais e na mucosa do
trato digestório. Logo, conclui-se que existe uma diferença de concentração de elétrons
entre as faces internas e externa da membrana, sendo que uma das faces é o polo negativo
(excesso de elétrons) e a outra é o polo positivo (déficit de elétrons); entre os polos elétricos
da célula, há uma diferença de potencial que varia de -50mV até -90mV e que uma corrente
elétrica entre as faces interna e externa da membrana pode ocorrer originando uma força
elétrica entre os meios interno e externo da célula.
2) Fenômenos elétricos na membrana celular
Quando a corrente elétrica transfere cargas elétricas entre os meios da célula e diminui a
DDP entre os polos da célula, acontece o que chamamos de despolarização. Já a
hiperpolarização é o que acontece quando existe aumento de força dos polos da célula, ou
seja, acontece um aumento da força elétrica entre os meios intra e extracelulares. Logo,
quando há fluxo de corrente contra a diferença de potencial, ocorre a hiperpolarização e
aumento da força elétrica entre os meios, e, quando há fluxo de corrente no mesmo sentido
que a diferença de potencial, ocorre a despolarização e diminuição da força elétrica entre os
meios. Porém não é somente a força elétrica (Fe) que atua entre os dois meios da célula. Há
outra força que promove movimento de partículas de soluto dentro do meio aquoso: a força
de difusão (Fd). A força de difusão, ou força de gradiente de concentração, promove a
difusão de substâncias em uma solução, pois essa força aponta do ponto em que há maior
concentração de soluto para onde há menor concentração de soluto. Assim, as partículas de
soluto se movimentam do meio mais concentrado para o meio menos concentrado.
3) O potencial de repouso da célula
Muitas vezes, há uma DDP significativa entre as faces da membrana celular; ou seja, há
condições que possibilitam uma corrente iônica (os canais iônicos estão abertos), porém,
não há corrente elétrica. Isso acontece porque quando as forças de difusão e elétrica
produzem resultante zero, não há corrente, não há alteração do potencial da membrana.
Quando não ocorre alteração da DDP da célula, seja porque forças estão em equilíbrio para
determinados íons, seja porque não há condições para estabelecimento de correntes iônicas
(canais fechados), dizemos que essa célula está em um estado de repouso elétrico, e neste
estado vigora o potencial de repouso da membrana celular. Inicialmente, é preciso
compreender que o interior da célula não está em equilíbrio iônico com o meio extracelular,
pois, se assim ocorresse, não seria possível a existência dos potenciais de membrana.
Quando dizemos que a célula não está em equilíbrio com o meio extracelular, queremos
dizer que existem íons predominantementes extracelulares e íons predominantemente
intracelulares. Sendo que o responsável por essas diferenças de concentração iônica são
proteínas que, ativamente, contra o gradiente de concentração, expelem íons do interior das
células e atraem íons para seu interior. Como esse processo envolve gasto energético (vai
contra o gradiente de concentração), essas proteínas são chamadas de bombas ATPase e
utilizam o ATP como combustível.
O potencial de repouso é determinado pela diferença de concentrações de cargas elétricas
entre os meios externo e interno da célula. Como o potencial da célula é levemente negativo
em relação ao exterior, isso denota que há um excesso de cargas negativas na superfície
interna da membrana em relação à sua superfície externa. Uma das causas da ligeira
negatividade é a presença de ânions, em seu interior, impermeáveis à membrana celular
como as proteínas e os fosfatos (que compõe moléculas de ATP, DNA, RNA e outras
proteínas). Porém, a principal causa do potencial de repouso é a alta permeabilidade da
membrana ao potássio, durante o repouso (se a célula não tivesse potássio em seu interior,
a DDP da célula seria bem mais negativa: cerca de -200 a -250mV).
Como já mencionado, há uma diferença de cargas elétricas entre a superfície interior e
exterior da célula. Como a membrana da célula é muito fina, as cargas negativas excessivas
do interior da célula tendem a se parear com as positivas de fora por interação de campos
elétricas, sem, no entanto, estarem diretamente em contato. A membrana, então, composta
por lipídios, é um dielétrico, um isolante, funcionando como um capacitor.
4) As bombas de sódio-potássio
As bombas de sódio-potássio atuam como um gerador elétrico. Elas são proteínas da
membrana celular que, bombeiam 3 íons sódio para fora da célula e 2 íons potássio para
dentro da célula, por ATP consumido, agindo contra os gradientes de concentração. As
bombas funcionam para restaurar as concentrações originais, como em situações em que
houve vazamento de sódio para dentro da célula e de potássio para fora, ou situações em
que isso aconteceu por causa de processos fisiológicos.
5) A célula saindo do repouso elétrico
A passagem de íons está condicionada à abertura de canais de membrana que, no repouso,
estão fechados. A abertura destes canais se dá quando ocorre uma alteração na
configuração espacial dos mesmos. Como estes canais são proteínas, sua configuração
espacial pode se alterar em virtude de diversas condições físicas e químicas do meio, tais
como: alteração de campo elétrico (relativo à própria DDP da membrana), alteração do pH,
tensão mecânica sobre a membrana, alteração da temperatura, ação de substâncias
químicas diversas (neurotransmissores, hormônios e medicamentos).
6) Potencial de Ação
Potencial de Ação é a despolarização que se instaura entre as superfícies interna e externa
da membrana quando ocorre um aumento brusco da permeabilidade da membrana ao
sódio, ou seja, é uma alteração rápida no potencial da membrana seguida de um retorno ao
potencial de repouso da membrana. É responsável pela contração muscular, nas células
musculares; pela secreção de hormônios, nas células endócrinas e pela capacidade de
transmissão de sinais ns células nervosas.